钢框架结构的火灾模拟及有限元分析

发布时间：2018-01-15 21:34

本文关键词：钢框架结构的火灾模拟及有限元分析　出处：《天津理工大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：钢材料有良好的结构特性,常作为钢结构类建筑的主要建材。但其材料性能对温度非常敏感,弹性模量及材料强度在200℃前与常温时相当,到500摄氏度时只有常温时的一半左右,到600℃时钢材达到材料塑性阶段,基本丧失承受荷载能力。火灾作为建筑物受损的常见形式,往往使得建筑物内的温度达到800-900℃左右,并持续很长时间,导致建筑物承载能力下降甚至坍塌,带来巨额的经济损失和大量的人员伤亡。目前国内外对结构中独立构件的结构抗火分析已经比较完善,对钢框架的整体抗火性能的研究还不够深入全面。钢结构抗火设计中首要工作即是对火灾发生时空间的温度分布的描述。目前对火灾全过程空间温度分布多限于使用标准升温曲线来进行模拟计算,但实际火灾时的温度变化与标准升温曲线存在较大差异。不同的火灾荷载、不同的建筑形式、其温度分布趋势与数值都有很大差异,而这种差异会直接导致后续的热——结构耦合分析中结构力学反应的不同。此外,假定温度沿梁横断面均匀分布或线性分布,这都与真实情况不符,也未实现热——结构的真正耦合计算。针对以上情况,本文作了以下研究工作:1.概括总结钢结构抗火方面的研究现状,较为系统的比较各国关于钢材料及混凝土材料等物理性能和热工参数。考虑高温下钢的非线性性能,并结合实际情况取值,从而确定了本文在热——结构分析过程中所需参数;2.采用火灾模拟软件FDS建立某间办公室的实际受火模型,模拟其发生火灾时烟雾流动,火势发展,室内温度场等规律,并详细分析了通风口对室内发生火灾时温度场的影响,确定室内升温曲线,为更准确的模拟火灾下钢框架结构的抗火性能提供较为准确的温度载荷;3.采用ABAQUS对钢构件内部温度场进行传热分析,将分析得到的温度场与标准升温曲线下的温度场进行对比,分析二者差异。在整体结构响应分析中将火灾模拟所得的温度场作为热——结构耦合分析中的体荷载,进行有限元计算,得到梁跨中挠度的变化规律并以此推断结构的抗火时间,此外还分析整体框架及混凝土楼板的应力、变形等规律。
[Abstract]:In this paper , the temperature distribution of steel structure in the whole process of fire is analyzed , and the temperature field of the steel frame is analyzed . The temperature field in the whole process of fire is considered as the body load in the thermal _ structural coupling analysis .

【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU391;TU352.5

【参考文献】